Nye katalysatorer gør effektiv brug af ædle metaller

Nanoforskere fra Utrecht Universitet har udtænkt en ny og lovende måde at lave katalysatorer på, hvor mængden af ​​nødvendige ædelmetaller er reduceret med en faktor 10. Disse ædelmetaller er få, men essentielle i mange eksisterende og fremtidige bæredygtige kemiske processer. Publikationen udkom den 8. juli i Science .

Ædelmetaller som platin er meget udbredt i industrien og i dagligdagen. Den bedst kendte anvendelse er i øjeblikket i bilers udstødningsgaskatalysator til at rense motorens forbrændingsgasser. Men der bliver også brug for ædelmetaller i fremtiden for at opnå et mere bæredygtigt samfund, for eksempel til produktion og forbrug af brint, en vigtig energibærer for fremtiden.

Men mængden af ​​ædelmetaller i verden er meget begrænset, så det er en stor udfordring at reducere de nødvendige mængder. Ph.D. forsker Luc Smulders fra Debye Institute for Nanomaterials Science ved Utrecht University siger, at "verdenslageret af platin er anslået til 70.000 tons, hvilket er omkring 10 gram pr. verdensindbygger. En brændselscelle i en bil, til at producere elektrisk strøm fra brint til den elektriske motor, kræver allerede omkring 10 gram platin. Dette giver en følelse af behovet for at bruge platin så effektivt som muligt."

Placering af platin på zeolit ​​med præcision

Sammen med en tidligere postdoc ved samme institut, Kang Cheng, undersøgte Smulders, under vejledning af emeritusprofessor Krijn de Jong, hvordan platin kan bruges i katalysatorer så effektivt som muligt. De Jong siger, at "katalysatorerne i denne undersøgelse indeholder to aktive funktioner, nemlig et metal - platin - og en syrefunktion - en zeolit. Klassisk set reddes ædelmetallet ved at gøre platinpartiklerne så små som muligt. Sådanne små partikler, også kaldet nanopartikler, har et større forhold mellem overfladeareal pr. volumenenhed."

Utrecht-kemikerne har nu fulgt en helt anden vej. Ved hjælp af specielle synteseteknikker placerede de platinpartiklerne med præcision i forhold til andet aktivt materiale til stede i katalysatoren. Smulders siger, at "normalt er nanopartiklerne i katalysatorer fordelt tilfældigt over materialet. Vi opdagede, at den katalytiske effekt af platin er lige så god - og meget mindre af det er nødvendigt - hvis det kun påføres overfladen af ​​zeolitkrystallerne, i stedet for inde i eller ved siden af ​​zeolitten."

I industriel skala inden for to år

De Jong siger, at "det betyder, at kun en tiendedel af mængden af ​​platin er nødvendig uden at påvirke katalysatorens ydeevne." Arbejdet er derfor et gennembrud for at bruge ædelmetaller mange gange mere effektivt i katalysatorer, og muligvis også i andre applikationer, der er afgørende for at opnå et mere bæredygtigt samfund. Forskerne forventer, at det vil være muligt at anvende teknikken i industriel skala i eksisterende processer inden for et til to år. + Udforsk yderligere

Udvikling af højholdbar enkeltatomisk katalysator ved brug af industriel luftfugter